海上溢油消油剂使用效果的盐度影响试验分析

钱国栋

(中海石油环保服务(天津)有限公司,天津 300457)

海上溢油消油剂使用效果的盐度影响试验分析

钱国栋

(中海石油环保服务(天津)有限公司,天津 300457)

摘要：依托海上溢油模拟试验波浪水槽装置，采用室内模拟试验的手段，开展不同盐度条件下消油剂对渤西原油、旅大10-1原油和蓬莱19-3原油的乳化效果评估。结果表明，盐度是影响消油剂对原油乳化效果的重要因素，消油剂乳化效果也与原油类型密切相关。

关键词：消油剂；盐度；乳化率；体积中值粒径；波浪槽

随着海上输运和海上油气资源开发的进行，航运油船溢油、海上石油钻井平台泄漏、输油管道破裂等造成的溢油事故频发。消油剂作为一种有效的溢油应急处置手段，已经在国内外海上溢油事故中得到广泛应用。国际范围内，对海上溢油消油剂使用的关注点主要集中在消油剂乳化效果[1]和生物毒性[2-4]两个方面。其中，消油剂对原油的乳化分散效果除了受原油类型和消油剂的影响，还与海域水体温度、盐度等环境条件有关[5-6]。有研究表明，海水盐度的升高有助于降低消油剂化合物的溶解度，促进表面活性剂分子与油水界面的油相接触，从而降低油水界面表面张力，提高消油剂乳化率[7]。国际上通常采用试验室小型试验、波浪槽模拟试验和海试试验的手段[8-10]，开展消油剂对原油乳化性能的研究。其中，波浪槽模拟试验既具有可控性好、可重复性、费用合理等优点，又可以较好地反映真实海域海况，成为消油剂效果测定的重要手段。Lewis等学者[11]采用OHMSETT波浪槽考察了静水环境中消油剂对原油作用的持久性，Trudel等学者[12]对Corexit 9500消油剂对原油乳化效果的粘度限制作用进行了研究。国内对消油剂使用效果评估的研究较少。赵云英等学者[13]采用波浪槽试验装置，考察了海环牌1号消油剂对辽河原油的乳化性能。但对于盐度影响下消油剂对国产原油的乳化效果缺乏研究。

为此，依托海上溢油模拟试验波浪水槽装置，通过设置7种不同盐度水平，进行消油剂对渤西原油、旅大10-1原油和蓬莱19-3原油的乳化效果评估分析。

1材料与方法

1.1波浪槽试验装置

“海上溢油模拟试验波浪水槽”试验装置见图1。

图1　海上溢油模拟试验波浪水槽装置

波浪槽长7 m、宽0.5 m、深0.5 m。水槽两端有造波和消波装置，最大造波波高为0.15 m，造波频率可调。

1.2试验设计和步骤

试验选择3种渤海原油，分别为渤西原油、旅大10-1原油和蓬莱19-3原油。

试验海水由现场海水和淡水配制而成，盐度设置1、5、10、15、20、25和31共7个不同水平。波浪槽造波条件设置如下：波长为60 cm，波高为6 cm。剂油比设置为80%，温度为室温。

首先向波浪槽注入试验海水，使水深达到0.35 m。量取300 mL原油样品，采用注射器注入波浪槽水体表面。按照设定的剂油比在原油表面均匀喷洒消油剂。开动波浪槽造波系统，使原油和消油剂发生作用，试验周期为20 min。在两个围油栏水平区域内不同位置，均匀设置5个水体采样断面，断面间隔为0.4 m，每个断面设置2个不同深度采样点。试验结束后采集150 mL水样进行浓度分析。利用高速工业相机采集波浪槽水体中的油滴粒径分布信息。

1.3分散油浓度分析方法

采集水样的油浓度根据国家标准《GB 18188.1—2000 溢油分散剂 技术条件》规定的测试方法进行测定。主要步骤如下：将采集的乳化液样品转移至125 mL分液漏斗，加入二氯甲烷进行震荡萃取。静置30 min分层。用注射器抽取一定体积萃取液至比色皿中，采用可见分光光度计在650 nm波长下测定萃取液的吸光度，进而计算乳化液中的油浓度。

1.4油滴粒径分布测试方法

油滴粒径测试装置包括高速工业相机及计算机。在波浪槽外侧某一水平位置对水体中油滴粒径分布进行拍照。根据微标尺确定的标尺比例，利用Image-Pro Plus软件进行图片分析，获取水体中油滴粒径分布数据。

1.5消油剂乳化率计算方法

消油剂乳化率是考察消油剂对原油乳化分散效果的重要指标。乳化率是指在消油剂作用下，分散在水体中油的质量与试验用油总质量的比值。根据水体中油浓度的测定结果，采用以下公式计算消油剂乳化率：

式中：DE——乳化率，%；

Vwt——水体体积，L。

ρoil——油品初始密度，kg/m3；

Voil——试验用油品体积，mL。

2结果与讨论

2.1消油剂对渤西原油乳化效果的盐度影响

不同盐度条件下，消油剂对渤西原油的乳化结果数据见表1。

表1　消油剂对渤西原油乳化效果

其中，盐度值为试验过程中配制得到的试验海水盐度，消油剂乳化效果采用乳化率和油滴体积中值粒径作为表征指标。消油剂对原油的分散作用表现为促进表面油膜破碎成小油滴，形成一定的油滴粒径分布。小粒径油滴分布越多，说明消油剂乳化效果越好。对油滴粒径分布的评价可以采用油滴体积中值粒径d50表征。油滴体积中值粒径d50表示油滴的累计体积分布达到油滴总体积50%时所对应的粒径。大于此粒径的油滴体积占总油滴体积的50%，小于此粒径的油滴体积占总油滴体积的比例也为50%。

盐度变化对消油剂对渤西原油乳化效果的影响见图2。

图2　渤西原油乳化率和油滴体积中值粒径的盐度变化

结果表明，在7种盐度条件下，消油剂对渤西原油的乳化率均保持在10%以上。其中，在盐度为14.40和29.10时，消油剂乳化率达到最高16.6%。但消油剂乳化率并没有呈现出随着盐度升高而增大的现象。油滴体积中值粒径结果在5.6～10.2 μm之间，说明消油剂对原油分散具有促进作用。可以认为，该消油剂对渤西原油作用来说，其作用效果基本不受水体盐度变化的影响。

2.2消油剂对旅大10-1原油乳化效果的盐度影响

不同盐度条件下，消油剂对旅大10-1原油的乳化结果数据见表2。盐度变化对消油剂对旅大10-1原油乳化效果的影响见图3。

表2　消油剂对旅大10-1原油乳化效果

图3　旅大10-1原油乳化率和油滴体积中值粒径的盐度变化

结果表明，在7种盐度条件下，消油剂对旅大10-1原油的乳化率在10%以下，并且乳化率随着盐度升高而呈缓慢增大的趋势。在盐度为30.40时，消油剂乳化率最高达到8.8%。油滴体积中值粒径结果在6.4～11.1 μm之间，并没有和盐度变化呈现出明显的相关关系。与渤西原油相比，消油剂对旅大10-1原油的乳化效果较差，表现为较低的乳化率和较高的油滴体积中值粒径，分析可能是原油类型的不同导致了消油剂乳化效果的差异。

2.3消油剂对蓬莱19-3原油乳化效果的盐度影响

不同盐度条件下，消油剂对蓬莱19-3原油的乳化结果数据见表3。盐度变化对消油剂对蓬莱19-3原油乳化效果的影响见图4。结果表明，在7种盐度条件下，消油剂对蓬莱19-3原油的乳化率也在10%以下，与旅大10-1原油相比，消油剂乳化率进一步降低。消油剂乳化率随着盐度升高同样呈缓慢增大的趋势。在盐度为31.40时，消油剂乳化率最高达到7.1%。油滴体积中值粒径结果在7.1～15.0 μm之间，并且随着盐度升高逐渐减小。说明消油剂对蓬莱19-3原油的乳化效果受到水体盐度的影响，在海水环境中更加有利于消油剂作用的发挥。与渤西原油和旅大10-1原油相比，消油剂对蓬莱19-3原油的乳化效果更差，分析可能是蓬莱19-3原油较高的粘度限制了消油剂的乳化分散能力。

表3　消油剂对蓬莱19-3原油乳化效果

图4　蓬莱19-3原油乳化率和油滴体积中值粒径的盐度变化

3结论

1)基于海上溢油模拟试验波浪水槽，可以实现在模拟海洋波浪条件下消油剂对原油的乳化。

2)在7种不同盐度条件下，消油剂对旅大10-1和蓬莱10-3原油的乳化率在10%以下，且随着盐度升高逐渐增大。消油剂对蓬莱19-3原油油滴体积中值粒径随盐度增加而逐渐减小。说明盐度的升高有利于消油剂乳化作用的发挥。

3)在不同盐度条件下，消油剂乳化效果与原油类型相关，消油剂对3种原油的乳化率影响大小顺序依次为渤西原油、旅大10-1原油、蓬莱19-3原油。

参考文献

[1] CHAPMAN H, PARNELL K, LAW R J, et al. The use of chemical dispersants to combat oil spills at sea: A review of practice and research needs in Europe[J]. Marine Pollution Bulletin, 2007,54(7):827-838.

[2] SHAFIR S, VAN RIJN J, RINKEVICH B. Short and long term toxicity of crude oil and oil dispersants to two representative coral species[J]. Environmental Science and Technology, 2007,41(15):5571-5574.

[3] RICO-MARTíNEZ R, SNELL T W, SHEARER T L. Synergistic toxicity of Macondo crude oil and dispersant Corexit 9500A to the Brachionus plicatilis species complex (Rotifera)[J]. Environmental Pollution, 2013,173:5-10.

[4] 钱国栋,赵宇鹏.消油剂对环境生物毒性评价研究[J].船海工程,2014,43(5):108-111.

[5] FINGAS M, WANG Z D, FIELDHOUSE B G, et al. The correlation of chemical characteristics of an oil to dispersant effectiveness [C].Proceedings of the Twenty-Sixth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar. Environment Canada, Ottawa, 2003:679-730.

[6] FINGAS M F. Dispersants: a review of effectiveness measures and laboratory physical studies[R]. Ottawa, Ontario: Environmental Emer-gencies Technology Division, Environment Canada, 1991.

[7] BLONDINA G J, SINGER M M, LEE I. Influence of salinity on petroleum accommodation by dispersants[J]. Spill science and technology bulletin, 1999,5(2):127-134.

[8] SRINIVASAN R, LU Q L, SORIAL G A, et al. Dispersant effectiveness of heavy fuel oils using the baffled flask test[J]. Environmental engineering science, 2007,24(9):1307-1320.

[9] BROWN H M, GOODMAN R H, CANEVARI G P. Where has all the oil gone? Dispersed oil detection in a wave basin and at sea [C].Proceedings of the 1987 International Oil Spill Conference. Washington: American Petroleum Institute, 1987: 307-312.

[10] LUNEL T, WOOD P, DAVIES L. Dispersant effectiveness in field trials and in operational response[C].Proceedings of the 1997 International Oil Spill Conference. Washington: American Petroleum Institute, 1997:923-926.

[11] LEWIS A, TRUDEL K, BELORE R C, et al. Large-scale dispersant leaching and effectiveness experiments with oils on calm water [J]. Marine pollution bulletin, 2010,60(2):244-254.

[12] TRUDEL K, BELORE R C, MULLIN J V, et al. Oil viscosity limitation on dispersibility of crude oil under simulated at-sea conditions in a large wave tank[J]. Marine pollution bulletin, 2010,60(9):1606-1614.

[13] 赵云英,马永安,吴吉琨,等.波浪槽模拟海况检验消油剂的乳化性能[J].海洋环境科学,2004,23(4):67-70.

Experimental Analysis on the Effect of Salinity on Oil Spill Dispersant Effectiveness in the Sea

QIAN Guo-dong

(China Offshore Environmental Service (Tianjin) Co. Ltd., Tianjin 300457, China)

Abstract:Based on an offshore oil spill simulation wave tank, experiments are conducted for evaluating chemical dispersants efficacy on BX, LD10-1 and PL19-3 crude oils on different salinities. The results show that the salinity is an important factor affecting the oil spill dispersant efficacy, and the dispersant effectiveness is also related to the type of crude oils.

Key words:oil spill dispersant; salinity; effectiveness; volume median diameter; wave tank

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.03.030

收稿日期：2015-11-06

基金项目：中海油能源发展安全环保分公司科技项目(RLXMLZ-2014-02)

第一作者简介：钱国栋(1985—)，男，博士，工程师 E-mail:qiangd@coes.org.cn

中图分类号：U664.9

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2016)03-0131-04

修回日期：2015-12-11

研究方向:石油污染防治技术